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In the brain, learning is achieved through the ability of synapses to reconfigure the strength by which they connect neurons (synaptic plasticity). In promising solid-state synapses called memristors, conductance can be finely tuned by voltage pulses and set to evolve according to a biological learning rule called spike-timing-dependent plasticity (STDP). Future neuromorphic architectures will comprise billions of such nanosynapses, which require a clear understanding of the physical mechanisms responsible for plasticity. Here we report on synapses based on ferroelectric tunnel junctions and show that STDP can be harnessed from inhomogeneous polarization switching. Through combined scanning probe imaging, electrical transport and atomic-scale molecular dynamics, we demonstrate that conductance variations can be modelled by the nucleation-dominated reversal of domains. Based on this physical model, our simulations show that arrays of ferroelectric nanosynapses can autonomously learn to recognize patterns in a predictable way, opening the path towards unsupervised learning in spiking neural networks., Nature Communications, 8, ISSN:2041-1723

We have studied the formation of nanogaps by électromigration of gold nanowires. Electromigration relies on large current densities to break a thin and narrow metallic wire and can be used for the electrical characterization of nanometer scale objects. Real time atomic force microscopy during the electromigration process has unraveled the dynamic of the process. Indeed, this study reveals that the major structural changes appear at the early stage of the process and that the final global structure of the device is directly linked to the preexisting microstructure. For the first time, we make nanogaps by electromigration of monocrystalline nanowires. We show that despite the absence of grain boundaries, it is possible to form nanogaps in epitaxial materials. The morphology of those nanogaps is more reproducible. The electrical transport properties of the polycristalline nanogaps have been measured. The obtained characteristics show particular signature that can be attributed to the presence of gold cluster formed during the electromigration process and / or to polymer from the nanowire fabrication. These results show the difficulty to measure at the molecular scale., Nous avons étudié la formation de nanogaps par électromigration dans des nanofils d'or. Cette technique consiste à provoquer la rupture d'un nanofil en lui appliquant de fortes densités de courant et peut être utilisée pour la caractérisation électrique de nano-objets. L'étude en temps réel du processus d'électromigration par microscopie à force atomique a permis d'apporter un éclairage nouveau de la dynamique du processus. En effet, il apparaît que la structure globale du dispositif est définie dans les premiers temps de l'électromigration et nous avons montré que cette structure est directement liée à la microstructure du film métallique. Pour la première fois, des nanogaps ont été élaborés par électromigration dans des films monocristallins. Malgré l'absence de joints de grain, il est possible de former des nanogaps dans un matériau épitaxié. L'utilisation de ces matériaux permet d'obtenir des nanogaps avec une morphologie plus reproductible. Les propriétés de transports des nanogaps obtenus à partir de films polycristallins ont été caractérisées. Les caractéristiques obtenues présentent toutes des signatures particulières, attribuées à la présence d'agrégats d'or provenant de la procédure d'électromigration et/ou de polymères issus du procédé de nanofabrication. Ces résultats montrent la difficulté à réaliser des mesures à l'échelle de la molécule unique.

We have studied the formation of nanogaps by électromigration of gold nanowires. Electromigration relies on large current densities to break a thin and narrow metallic wire and can be used for the electrical characterization of nanometer scale objects. Real time atomic force microscopy during the electromigration process has unraveled the dynamic of the process. Indeed, this study reveals that the major structural changes appear at the early stage of the process and that the final global structure of the device is directly linked to the preexisting microstructure. For the first time, we make nanogaps by electromigration of monocrystalline nanowires. We show that despite the absence of grain boundaries, it is possible to form nanogaps in epitaxial materials. The morphology of those nanogaps is more reproducible. The electrical transport properties of the polycristalline nanogaps have been measured. The obtained characteristics show particular signature that can be attributed to the presence of gold cluster formed during the electromigration process and / or to polymer from the nanowire fabrication. These results show the difficulty to measure at the molecular scale.; Nous avons étudié la formation de nanogaps par électromigration dans des nanofils d'or. Cette technique consiste à provoquer la rupture d'un nanofil en lui appliquant de fortes densités de courant et peut être utilisée pour la caractérisation électrique de nano-objets. L'étude en temps réel du processus d'électromigration par microscopie à force atomique a permis d'apporter un éclairage nouveau de la dynamique du processus. En effet, il apparaît que la structure globale du dispositif est définie dans les premiers temps de l'électromigration et nous avons montré que cette structure est directement liée à la microstructure du film métallique. Pour la première fois, des nanogaps ont été élaborés par électromigration dans des films monocristallins. Malgré l'absence de joints de grain, il est possible de former des nanogaps dans un matériau épitaxié. L'utilisation de ces matériaux permet d'obtenir des nanogaps avec une morphologie plus reproductible. Les propriétés de transports des nanogaps obtenus à partir de films polycristallins ont été caractérisées. Les caractéristiques obtenues présentent toutes des signatures particulières, attribuées à la présence d'agrégats d'or provenant de la procédure d'électromigration et/ou de polymères issus du procédé de nanofabrication. Ces résultats montrent la difficulté à réaliser des mesures à l'échelle de la molécule unique.